CN105298464B - 不含天然裂缝的致密储层体积压裂树状随机缝网描述方法 - Google Patents
不含天然裂缝的致密储层体积压裂树状随机缝网描述方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及的是不含天然裂缝的致密储层体积压裂树状随机缝网描述方法，它具体为：一、选取不含天然裂缝的岩样，进行室内水力压裂模拟实验；二、将岩样上生成的裂缝从裂缝根部到尖端平均分成n段，计算各段裂缝分形维数Di，统计并计算各条裂缝之间的平均转角θ；三、确定主裂缝及次生裂缝；对次生裂缝进行分级；统计最靠近裂缝根部第一段裂缝的各级次生裂缝数量N1j以及总长度S1j；四、给定一个生成元主杆节数M，确定分形L系统的生成元参数；五、得出多级随机树状缝网的生成元产生式；六、计算主裂缝的缝长Lf、缝宽和缝高，并设定各级次生裂缝的缝宽、缝高与主裂缝缝宽、缝高的比例关系；七、生成三维树状缝网图形。本发明能够对不含天然裂缝的致密储层体积压裂树状随机缝网进行描述。
Description
技术领域
本发明涉及致密储层体积压裂技术，具体涉及不含天然裂缝的致密储层体积压裂树状随机缝网描述方法。
背景技术
致密储层由于其低孔、低渗的特点，必须采用大规模体积压裂技术才能实现工业化开发。体积压裂技术是指应用分段多簇射孔技术和裂缝转向技术，采用大排量泵入低黏度压裂液来提高缝内净压力，较高的缝内净压力促使脆性较高的致密储层岩石不断产生剪切滑移，在主裂缝的两侧强制形成一级次生裂缝，并在一级次生裂缝基础上继续分支形成多级次生裂缝，使得油气从任意方向的基质向裂缝的渗流距离最短，极大地提高储层整体渗透率，提高致密储层的初始产量和最终采收率。
目前致密储层体积压裂缝网描述模型主要有离散化缝网模型和线网模型，该类模型假设压裂改造体积为椭球体或椭柱体，改造范围内含一条主裂缝和多条一级次生裂缝，一级次生裂缝与主裂缝之间相互平行或正交，一级次生裂缝的数目和间距人为设定。离散化缝网模型和线网模型的缺点主要体现在：
(1)离散化缝网模型和线网模型只描述了体积压裂缝网系统中存在的一级次生裂缝，无法体现多级次生裂缝的存在；
(2)离散化缝网模型和线网模型一级次生裂缝的数目和间距人为设定，无法体现致密储层脆性岩石裂缝启裂的随机性和自相似性；
(3)离散化缝网模型和线网模型假定次生裂缝与主裂缝之间相互平行或正交，假设条件太过于理想，不能真实的反映实际复杂缝网的形态。
致密储层体积压裂技术在形成一条主裂缝的同时，由于岩石脆性较强，会在主裂缝的侧向强制形成多条一级随机次生裂缝，并在一级随机次生裂缝的基础上继续分支形成多级随机次生裂缝，其次生裂缝的数量、生成位置及次生裂缝与上一级裂缝之间的夹角受应力和岩石脆性的共同影响，最终会形成以主裂缝为主干多级次生缝并存的树状分叉网状裂缝系统，如图1所示。
目前虽然多名学者提出致密储层体积压裂复杂缝网的形态应该为树状分叉网状裂缝系统(JPT多篇文献以及朱维耀等人)，但是并没有给出能够反映致密储层岩石脆性引起的多级随机次生裂缝特征的树状分叉裂缝网络描述方法。
发明内容
本发明的目的是不含天然裂缝的致密储层体积压裂树状随机缝网描述方法，这种不含天然裂缝的致密储层体积压裂树状随机缝网描述方法用于解决致密储层体积压裂主裂缝与多级随机次生裂缝共存的树状缝网形态无法描述的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种不含天然裂缝的致密储层体积压裂树状随机缝网描述方法：
步骤一、选取与待压点储层岩石物性较为接近的不含天然裂缝的岩样，根据待压点三向地应力的大小进行室内水力压裂模拟实验；
步骤二、采用大型工业CT扫描室内压裂岩样裂缝图像，将岩样上生成的裂缝从裂缝根部到尖端平均分成n段，采用盒维法计算各段裂缝分形维数Di，i＝1,2,3…n，统计并计算各条裂缝之间的平均转角θ；
步骤三、确定主裂缝为扫描图中最长的裂缝，测量其长度Z(单位为m)，其余裂缝均为次生裂缝；给定次生裂缝的级数m，第j级次生裂缝的长度范围为lj＜c≤lj-1，式中lj-1＝alj，a＞1，j＝1,2,3…m，l0＝Z，根据每条次生裂缝的测量长度c对次生裂缝进行分级；统计最靠近裂缝根部第一段裂缝的各级次生裂缝数量N1j以及总长度S1j；
步骤四、给定一个生成元主杆节数M，确定分形L系统的生成元参数：
各级裂缝长度变化系数为：
式中N10＝1，S10＝Z；
第j次迭代的分支数量为：
式中(j＝1,2,3....m)；
主杆分岔概率：
其中给定的主杆节数M应使p在(0,1)的范围内；
步骤五、以初始元F0为基础，令生成元分支在生成元主杆的节之间或分支端点上，每次迭代后其位置都重新随机分配，迭代m次得出多级随机树状缝网的生成元产生式，
第j次迭代的生成元产生式的通式为：
Fa[+Fb][-Fb]Fa[+Fb][-Fb]Fa…Fa
其中，F为一个可形成分支的行进单元，角标为a的行进单元为生成元主杆的节，其数量为M；角标为b的行进单元为生成元分支，其数量为Bj最接近的整数，
第1次迭代的方法为：将初始元替换为生成元，并将新的产生式中“Fa”的角标a换为0，“Fb”的角标b换为1，得到第1次迭代产生式，
除第1次以外，第j次迭代的方法为：先进行替换，将j-1次迭代后的产生式中“F”且角标小于j-1行进单元的元替换为生成元，所有“F”角标等于j-1的元替换为生成元的概率为p，若未被替换成生成元，则将其替换成M个“Xa”(X为一个无分支的行进单元)，将所有“X”替换成M个“Xa”；再处理角标，将新的产生式中“Fa”、“Xa”角标a继承被替换行进单元的角标，令“Fb”的角标b等于j，得到第j次迭代产生式。
步骤六、根据现场实际压裂参数及应力条件，采用连续性方程、压降方程、缝宽方程、以及缝高方程计算主裂缝的缝长Lf、缝宽和缝高，并设定各级次生裂缝的缝宽、缝高与主裂缝缝宽、缝高的比例关系；
步骤七、运用分形L系统绘制m次迭代后各段裂缝的平面形态，然后将各段裂缝形态按照顺序首尾连接到一起，并与各级裂缝的缝宽、缝高相结合生成三维树状缝网图形，
其中各段裂缝平面形态的每个行进单元的步长为
式中，i为段的编号，j为元“F”或“X”的角标，β0＝1。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明通过对不含天然裂缝的致密储层体积压裂树状随机缝网形态的描述，能够更为准确的得出致密储层的改造范围及体积，从而为致密储层体积压裂段间距、簇间距以及井网的部署提供依据；
2、本发明通过对不含天然裂缝的致密储层体积压裂树状随机缝网形态的描述，能够充分反映岩石的脆性特征和地应力特征对缝网内各级裂缝分布的影响，为评价致密储层岩石的可压性提供了更为有效的手段；
3、本发明通过对不含天然裂缝的致密储层体积压裂树状随机缝网形态的描述，能够得出压裂施工参数对缝网内各级裂缝分布的影响，为致密储层体积压裂施工参数的优化设计提供了依据；
4、本发明通过对不含天然裂缝的致密储层体积压裂树状随机缝网形态的描述，能够更为真实的反映缝网内多级裂缝的形态，从而为致密储层压裂后油气渗流规律分析以及产能模拟提供更为准确的基本参数。
附图说明：
图1为致密储层体积压裂实际裂缝形态图。
具体实施方式
下面对本发明作进一步的说明：
这种不含天然裂缝的致密储层体积压裂树状随机缝网描述方法：
步骤一、选取与待压点储层岩石物性较为接近的不含天然裂缝的岩样，根据待压点三向地应力的大小进行室内水力压裂模拟实验；
步骤二、采用大型工业CT扫描室内压裂岩样裂缝图像，将岩样上生成的裂缝从裂缝根部到尖端平均分成n段，采用盒维法计算各段裂缝分形维数Di，i＝1,2,3…n，统计并计算各条裂缝之间的平均转角θ；
步骤三、确定主裂缝为扫描图中最长的裂缝，测量其长度Z(单位为m)，其余裂缝均为次生裂缝；给定次生裂缝的级数m，第j级次生裂缝的长度范围为lj＜c≤lj-1，式中lj-1＝alj，a＞1，j＝1,2,3…m，l0＝Z，根据每条次生裂缝的测量长度c对次生裂缝进行分级；统计最靠近裂缝根部第一段裂缝的各级次生裂缝数量N1j以及总长度S1j；
步骤四、给定一个生成元主杆节数M，确定分形L系统的生成元参数：
各级裂缝长度变化系数为：
式中N10＝1，S10＝Z；
第j次迭代的分支数量为：
主杆分岔概率：
其中给定的主杆节数M应使p在(0,1)的范围内；
步骤五、以初始元F0为基础，令生成元分支在生成元主杆的节之间或分支端点上，每次迭代后其位置都重新随机分配，迭代m次得出多级随机树状缝网的生成元产生式，
第j次迭代的生成元产生式的通式为：
Fa[+Fb][-Fb]Fa[+Fb][-Fb]Fa…Fa
其中，F为一个可形成分支的行进单元，角标为a的行进单元为生成元主杆的节，其数量为M；角标为b的行进单元为生成元分支，其数量为Bj最接近的整数，
第1次迭代的方法为：将初始元替换为生成元，并将新的产生式中“Fa”的角标a换为0，“Fb”的角标b换为1，得到第1次迭代产生式，
除第1次以外，第j次迭代的方法为：先进行替换，将j-1次迭代后的产生式中“F”且角标小于j-1行进单元的元替换为生成元，所有“F”角标等于j-1的元替换为生成元的概率为p，若未被替换成生成元，则将其替换成M个“Xa”(X为一个无分支的行进单元)，将所有“X”替换成M个“Xa”；再处理角标，将新的产生式中“Fa”、“Xa”角标a继承被替换行进单元的角标，令“Fb”的角标b等于j，得到第j次迭代产生式。
步骤六、根据现场实际压裂参数及应力条件，采用连续性方程、压降方程、缝宽方程、以及缝高方程计算主裂缝的缝长Lf、缝宽和缝高，并设定各级次生裂缝的缝宽、缝高与主裂缝缝宽、缝高的比例关系；
步骤七、运用分形L系统绘制m次迭代后各段裂缝的平面形态，然后将各段裂缝形态按照顺序首尾连接到一起，并与各级裂缝的缝宽、缝高相结合生成三维树状缝网图形，
其中各段裂缝平面形态的每个行进单元的步长为
式中，i为段的编号，j为元“F”或“X”的角标，β0＝1。
Claims (1)
1.一种不含天然裂缝的致密储层体积压裂树状随机缝网描述方法，其特征在于：这种不含天然裂缝的致密储层体积压裂树状随机缝网描述方法：
步骤一、选取与待压点储层岩石物性较为接近的不含天然裂缝的岩样，根据待压点三向地应力的大小进行室内水力压裂模拟实验；
步骤二、采用大型工业CT扫描室内压裂岩样裂缝图像，将岩样上生成的裂缝从裂缝根部到尖端平均分成n段，采用盒维法计算各段裂缝分形维数Di，i＝1,2,3…n，统计并计算各条裂缝之间的平均转角θ；
步骤三、确定主裂缝为扫描图中最长的裂缝，测量其长度Z，长度单位为m，其余裂缝均为次生裂缝；给定次生裂缝的级数m，第j级次生裂缝的长度范围为lj＜c≤lj-1，式中lj-1＝alj，a＞1，j＝1,2,3…m，l0＝Z，根据每条次生裂缝的测量长度c对次生裂缝进行分级；统计最靠近裂缝根部第一段裂缝的各级次生裂缝数量N1j以及总长度S1j；
步骤四、给定一个生成元主杆节数M，确定分形L系统的生成元参数：
各级裂缝长度变化系数为：
<mrow>
<msub>
<mi>&beta;</mi>
<mi>j</mi>
</msub>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow>
<msub>
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<mn>1</mn>
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<msub>
<mi>N</mi>
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<mi>j</mi>
</mrow>
</msub>
</mrow>
</mfrac>
<mi>M</mi>
</mrow>
式中N10＝1，S10＝Z；
第j次迭代的分支数量为：
式中(j＝1,2,3....m)；
主杆分岔概率：
<mrow>
<mi>p</mi>
<mo>=</mo>
<msup>
<mi>M</mi>
<mrow>
<msub>
<mi>D</mi>
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</msub>
<msub>
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<mn>11</mn>
</msub>
</mrow>
<mi>M</mi>
</mfrac>
</mrow>
其中给定的主杆节数M应使p在(0,1)的范围内；
步骤五、以初始元F0为基础，令生成元分支在生成元主杆的节之间或分支端点上，每次迭代后其位置都重新随机分配，迭代m次得出多级随机树状缝网的生成元产生式，
第j次迭代的生成元产生式的通式为：
Fa[+Fb][-Fb]Fa[+Fb][-Fb]Fa…Fa
其中，F为一个可形成分支的行进单元，角标为a的行进单元为生成元主杆的节，其数量为M；角标为b的行进单元为生成元分支，其数量为Bj最接近的整数，
第1次迭代的方法为：将初始元替换为生成元，并将新的产生式中“Fa”的角标a换为0，“Fb”的角标b换为1，得到第1次迭代产生式，
除第1次以外，第j次迭代的方法为：先对行进单元“X”、“F”进行替换，将j-1次迭代后的产生式中所有“X”替换成M个“Xa”，将角标小于j-1的行进单元“F”替换为生成元，将角标等于j-1的行进单元“F”替换为生成元的概率为p，若未被替换成生成元，则将这个“F”替换为M个“Xa”；再处理角标，将新的产生式中“Xa”、“Fa”角标a继承被替换行进单元的角标，令“Fb”的角标b等于j，得到第j次迭代产生式；
步骤六、根据现场实际压裂参数及应力条件，采用连续性方程、压降方程、缝宽方程、以及缝高方程计算主裂缝的缝长Lf、缝宽和缝高，并设定各级次生裂缝的缝宽、缝高与主裂缝缝宽、缝高的比例关系；
步骤七、运用分形L系统绘制m次迭代后各段裂缝的平面形态，然后将各段裂缝形态按照顺序首尾连接到一起，并与各级裂缝的缝宽、缝高相结合生成三维树状缝网图形，
其中各段裂缝平面形态的每个行进单元的步长为
<mrow>
<msub>
<mi>C</mi>
<mrow>
<mi>i</mi>
<mi>j</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<msub>
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<mi>f</mi>
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<mrow>
<msup>
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</msup>
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</mfrac>
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</mrow>
式中，i为段的编号，j为元“F”或“X”的角标，β0＝1。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Zhang Chengli Inventor after: Feng Fuping Inventor after: Hu Chaoyang Inventor after: Wang Lisheng Inventor after: Wang Peng Inventor after: Hu Bozhou Inventor before: Feng Fuping Inventor before: Hu Chaoyang Inventor before: Ai Chi Inventor before: Li Yuwei Inventor before: Han Xu Inventor before: Wang Xuanbin |
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20180216 Termination date: 20201126 |